6.1.3. Определение твердости

За единицу твердости принимают величину, соответствующую осево­му перемещению наконечника на 0,002 мм. Число твердости по Роквеллу НR определяется по формулам:

при измерении по шкале В HRB - 130-е

при измерении по шкале С и А (НRA) = 100-е

Величина е определяется по следующей формуле:

где - глубина внедрения наконечника под действием предварительной нагрузки (см.рис.2)

- глубина внедрения наконечника под действием общей нагрузки Р, измеренная после снятия основной нагрузки P₁.

Числа твердости, рассчитанные таким образом, наносятся на шкалу прибора, где и считываются

Определение твердости по Роквеллу имеет широкое применение, так как прибор дает возможность испытывать мягкие, твердые, а также гон­кие материалы. Отпечатки очень малы, поэтому можно испытывать готовые детали без их порчи. Испытание занимает мало времени, не требует никаких расчетов и измерений, числа твердости по Роквеллу можно перевести и сопоставить с числами твердости по Бринелю.

7. ЗАДАНИЕ

Провести испытания стальных образцов (закаленного и отожженного), латуни, сплава на основе титана, сплава на основе алюминия и ре­зультаты занести в таблицу 3

Таблица 3

ПРОТОКОЛ

испытания на твердость по Роквеллу

№ пп	Шкала	Твердость HR (С, А, В)				Твердость по Бринеллю перевод по табл.
		1	2	3	Среднее

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

8.1. Что такое твердость, какое свойство материалов оно характе­ризует?

8.2. Основные методы определения твердости

8.3. Принцип действия прибора "ТШ" и его возможности

8.4. Принцип действия прибора "ТК" и его возможности

8.5. Условные обозначения твердости на чертежах

8.6. Физический смысл единиц твердости по Роквеллу и Бринелю

8.7. Прочность

8.8. Пластичность

Лабораторная работа 3

ИЗМЕРЕНИЕ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Освоить методику проведения испытания на ударную вязкость.

1.2. Познакомиться со стандартными единицами вязкости

2. ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

2.1. Образцы стали после закалки и отжига

2.2. Маятниковый копер "МК-30"

3. ВВЕДЕНИЕ

3.1. Ударная вязкость КС, Дж/м² или а_н кгм/см² - механическая характеристика материала, которую определяют при динамических испы­таниях на ударный изгиб для выявления способности материала проти­востоять ударным нагрузкам и склонности к хрупкому разрушению. Качественно оценить можно вязкость при испытании на растяжение по кри­вой "напряжение-деформации". Площадь под кривой пропорциональна ра­боте, которую надо затратить на разрушение образца. Но для количествен­ной оценки вязкости определяют работу разрушения, в том числе ее составляющие Аз - работа зарождения, Ар - работа распространения, трещины

Рис.10 Виды кривых "Напряжение - деформация"

В поведении одного и того же материала возможны два случая: после зарождения трещины (точка £, рис.10) ее распространение тре­бует некоторой работы Ар, такое разрушение называется вязким; если же в точке £, наблюдается срыв кривой, то Ар = 0, что характеризует хрупкое разрушение

Для многих металлов и сплавов при определенной температуре изменяется механизм разрушения: вязкое сменяется хрупким. Эта температу­ра называется порогом хладноломкости. Вид разрушения определяется многими факторами, в том числе химическим составом сплава размером зерна, структурным состоянием, условиями нагружения температурой.

Вязкое разрушение характеризуется волокнистым (чашечным) изломом, а хрупкое - кристаллическим (ручьистым) - см. рис.11

Рис.11 Схема хрупкого (а) и вязкого (б) изломов

Чем выше скорости деформации, чем больше концентраторов напряжения чем больше размер изделия (масштабный фактор),тем больше вероят­ность хрупкого разрушения.

3.2. Образцы для испытания имеют стандартные размеры и форму в соответствии с ГОСТ 9454-78 (СТ СЭВ 472-77 и СТ 473-77), их испыты­вают на маятниковых копрах с различной энергией удара в широком диа­пазоне температур

Рис.12 Образцы грех типов для определения ударной вязкости

3.3. Область применения образцов:

U - выбор и приемочный контроль металлов и сплавов до установле­ния норм на образцах с концентраторами вида V.

V - выбор и приемочный контроль металлов и сплавов для конструк­ций повышенной степени надежности (летательные аппараты, транспортные средства, трубопроводы, сосуды под давлением и т.п.)

Т - выбор и приемочный контроль металлов и сплавов для особо от­ветственных конструкций, для эксплуатации которых оценка сопротив­ления развитию трещины имеет первостепенное значение, а также ори исследовании причин разрушения ответственных конструкций.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ И РАСЧЕТ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ

4.1. Схема испытания на ударную вязкость

4.2. Подняв маятник на небольшую высоту и закрепив его защелкой, образец устанавливают на опоры копра концентратором напряжения от маятника. После этого маятник поднимают на большую высоту и по шкале фиксируют E₁ - энергию взвода. Затем с помощью защелки высво­бождают маятник и он в свободном падении наносит удар по образцу, изгибает его или разрушает, поднимаясь после этого на некоторую вы­соту, величина которой тем меньше, чем больше работа затрачена на разрушение образца. На шкале прибора фиксируется остаточная энергия маятника Е₂.

4.3. За результат испытания принимают работу удара или ударную вязкость для образцов с концентраторами напряжения вида U, V, Т.

Работа удара обозначается КU, КV, КT, где К - символ работы;

U, V, T - вид концентратора напряжения.

Ударную вязкость НС или а_н вычисляют по формулам:

или

где К (А) - работа удара, Дж или кгм;

S₀ (м) - начальная площадь поперечного сечения в месте концен­тратора напряжения, м² или см²

5. ЗАДАНИЕ ПО РАБОТЕ

5.1. Провести испытания на ударную вязкость двух образцов ста­ли (после закалки и после отжига). Образцы для испытания имеют кон­центратор вида U и размеры (мм): = 55,0; В = 10,0; Н = 10; H₁ = 6,0 .

5.2. Заполнить таблицу 4

5.3. Описать изломы

Таблица 4

ПРОТОКОЛ

испытания на ударную вязкость проведенного на копре "МК-30"

Площадь поперечного сечения, см2

Энергия взвода Е1, кгм

Остаточная энергия Е2, кгм

Работа излома А=Е1-Е2

Ударная Вязкость кгм/см2

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. Что такое ударная вязкость?

6.2. Обозначение, единицы измерения ударной вязкости

6.4. Устройство копра "МК-30"

6.5. От каких факторов зависит ударная вязкость?

6.6. Что такое температурный порог хладноломкости?

6.7. От каких факторов он зависит?

6 8. Пути повышения ударной вязкости

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Изучить влияние степени пластической деформации на струк­туру и свойства латуни

1.2. Изучить влияние нагрева на структуру и свойства деформиро­ванной латуни.

2. ПРИБОРЫ И МАТЕРИАЛЫ

2.1. Образцы латуни

2.2. Твердомер ТК - 2

2.3. Микроскоп МИМ-7

3. ВВЕДЕНИЕ

Различают два вида деформации - упругую, которая полностью ис­чезает после снятия нагрузки и пластическую - деформацию, которая ос­тается после снятия нагрузки. Зависимость между деформациями м нап­ряжениями обычно выражается кривой растяжения (рис.13,а). При деформации металлов кривая растяжения иногда имеет ступеньку, называемую площадкой текучести (рис. 13,б)

Рис.13. Кривые растяжения металлов

В монокристаллах пластическая деформация происходит путем сдвига одной части кристалла относительно другой по наиболее плотноупакованным плоскостям и вдоль наиболее плотноупакованных направлений (системы легкого сдвига). При этом смещение происходит либо на величи­ну кратную межатомному расстоянию (скольжение - рис.14, а), либо некрат­ную (двойникование - рис.14, б). Скольжение отдельных частей кристалла относительно друг друга происходит под действием касательных напряжений.

Рис.14. Механизм пластической деформации монокристалла

В реальных кристаллах скольжения осуществляется в результате пе­ремещения дислокаций.

В поликристаллических металлах пластическая деформация также про­текает путем сдвига (скольжения или двойникования). Однако, деформация протекает неодновременно и неодинаково во всем объеме поликристалла. В первую очередь деформируются зерна плоскости и направления легкого сдвига которых наиболее близки к направлении действия главных внешних сил. При этом на границах зерен возникают большие внут­ренние напряжения, связанные с неоднородностью деформации, поворотом зерен вдоль действия главных сил и т.п. С увеличением плотности дис­локации возрастает сопротивление их движению, что приводит к упрочненинию металла. Зависимость прочности σb(МПа) от плотности дислокаций ρ (см^-2) представлена на рис 15.

Рис.15. 1- теоретическая прочность (ρ=0)

2 - прочность "усов"- нитевидных кристаллов (ρ→0);струн

3 - Реальная прочность струн в равновесном состоянии (ρ = 10⁶ – 10⁸)

4 - Рост прочности при увеличении ρ (ρ=10⁸-10¹²)

Достичь большой прочности (2), а_n – ударной вязкости, ψ - пластичности, δ_т – предела текучести возможно внедрением современных технологий, уменьшающих количество НВ, S, P, H, N, O, измельчением зерна с помощью термообработки, модифицирование с использованием плазмы, ЭШП, ЭШЛ, ЭШС, ВДП, внедрением плавления в вакууме, аргоне и т.д.

Плотность дислокаций - отношение суммарной длины дислокационных линии к объему.

Увеличить плотность дислокаций в металлах и сплавах можно раз -личными способами; термической обработкой (например, закалкой, леги­рованием термомеханической об работкой, старением, химико-термической обработкой и т.д. Одним из наиболее эффективных способов повышения плотности дислокаций является пластическая деформация, в ходе кото­рой происходит генерирование (размножение) дислокаций источниками франка-Рида и плотность дислокации повышается до 10¹⁰ – 10^-12 см^-2. Кроме этого, происходит дробление блочной структуры, растут внутренние напряжения за счет смещения атомов из равновесных положений. Все эти факторы приводят к повышению прочности металлов, т.е. наклепу. Чем больше степень деформации, тем больше прочность металла и меньше пластичность. Наиболее интенсивно свойства меняются на первых стадиях деформации, когда плотность дислокаций сильно возрастает.

В ходе пластической деформации меняется форма зерен. Они вытяги­ваются вдоль действия главных сил и структура становится волокнистой. При степенях деформации > 30% возникает текстура деформации-преиму-щественная кристаллографическая ориентировка, что приводит к анизотро­пии свойств.

Такого рода совокупность структурных изменений вызывает изменение свойств механических (возрастают показатели прочности и падают показатели пластичности и вязкости); химических (снижается коррозион­ная стойкость); физических (уменьшается электропроводность, удельный вес) и т.д.